一種大型整車淋雨系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

尹東輝，盛德兵，魯吉林，余云加，趙可淪

（1.廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510000； 2.陸軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100012）

前言

針對淋雨試驗方法和裝置的研究至今有近五十年的歷史，上世紀(jì)70年代，美國、英國的軍用標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)正式對淋雨試驗進行了規(guī)定[2]。軍用車輛無論是在工作狀態(tài)還是貯存狀態(tài)，都將不同程度地受到各種水的影響，其中受淋雨影響最為常見，由于雨水的滲透、流動、沖擊和積聚，會對設(shè)備及其材料產(chǎn)生各種影響。開展淋雨試驗，可以確定如下環(huán)境因素對裝備的影響：①防止水滲入裝備的保護罩、殼體和密封圈的有效性；②裝備暴露于水中時以及暴露之后滿足其性能要求的能力；③由于淋雨造成裝備的任何物理損壞；④除水裝置的有效性；⑤檢驗裝備包裝的有效性。

目前，行業(yè)內(nèi)尺寸小于10 m的中小型整車淋雨裝置比較常見，能滿足常規(guī)民用車輛的淋雨試驗要求。對于針對大型軍用車輛，特別是攜帶特殊附屬設(shè)備，需要較大展開面積的特種車輛的淋雨裝置并不常見。

本文的目的，是針對大型軍用車輛和特種車輛，設(shè)計一種滿足GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》[4]和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》[5]參數(shù)要求的淋雨試驗系統(tǒng)。

本文通過控制系統(tǒng)、淋雨室尺寸、淋雨強度、水壓、淋雨面等參數(shù)進行淋雨系統(tǒng)設(shè)計[6]。

1 設(shè)計原理

1.1 標(biāo)準(zhǔn)解讀

GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》中關(guān)于淋雨參數(shù)的要求見表1。

1.2 設(shè)計原理

淋雨系統(tǒng)的設(shè)計原理，是表1中列出的試驗參數(shù)為設(shè)計參數(shù)，通過變頻電機驅(qū)動水泵，將蓄水池中的水抽入主管路，主管路通過閥門與各分支管路連接，分支管路與淋雨室連接。淋雨室由A區(qū)和B區(qū)組成，可以根據(jù)車輛尺寸的大小選擇合適的淋雨區(qū)，也可以對擁有附屬展開設(shè)備的特種車輛進行試驗。淋雨室的頂面和四周壁面均布噴頭，試驗之后的雨水經(jīng)收集過濾后流回蓄水池。

淋雨系統(tǒng)由淋雨室、蓄水池、過濾池、水泵、管路、閥門、壓力表、流量計等設(shè)備儀器組成，系統(tǒng)圖見圖1。淋雨室包含A區(qū)和B區(qū)，A區(qū)和B區(qū)既可以聯(lián)合使用，也可以分別單獨使用，淋雨室效果圖見圖2。

2 設(shè)計方案

2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、電動調(diào)節(jié)閥、壓力變送器和流量計組成。通過PLC設(shè)定壓力和流量參數(shù)，控制變頻器調(diào)節(jié)水泵流量，同時控制各分管路電動調(diào)節(jié)閥，從而達到淋雨參數(shù)條件?？刂屏鞒虉D見圖3。

2.2 淋雨室尺寸

為了滿足公路和鐵路運輸要求，大部分特種車輛長度一般不超過15 m，寬度不超過4 m，高度不超過5 m，淋雨室的A區(qū)設(shè)計為15 m×5 m×6 m（長×寬×高）。小型車輛的長度一般不超過7m，為了滿足小型車輛的試驗或特種車輛附屬設(shè)備的展開需要，B區(qū)的尺寸為7 m×4 m×6 m（長×寬×高）。淋雨室俯視圖見圖4所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)中的淋雨試驗參數(shù)

圖1 淋雨系統(tǒng)圖

圖2 淋雨室效果圖

圖3 控制流程圖

2.3 淋雨強度

淋雨強度是考核被試車輛淋雨密封性的重要指標(biāo)。GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》：程序Ⅰ規(guī)定淋雨強度1.7 mm/min；程序Ⅱ?qū)α苡陱姸鹊囊?guī)定為：噴嘴水壓為276 kPa，和噴嘴間距71 cm；程序Ⅲ規(guī)定淋雨強度為280 L/m2/h。GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》和GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》規(guī)定的淋雨強度為6 mm/min，本試驗系統(tǒng)以6 mm/min的降雨強度為設(shè)計點，同時兼顧噴嘴水壓276 kPa。本裝置不設(shè)置吹風(fēng)系統(tǒng)，因此不考慮GJB 150.8A-2009程序Ⅰ的滿足情況。

2.4 噴嘴尺寸

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規(guī)定雨滴直徑為0.5～4.5 mm，其他標(biāo)準(zhǔn)對雨滴尺寸未作明確要求。

按照6 mm/min的降雨強度，每個噴嘴對應(yīng)流量為q，所需的總流量Q：

式中：

Q—總流量，L/min；

p—降雨強度，mm/min；

S—淋雨面積，m2；

S1—頂面淋雨面積，m2；

S2—側(cè)面淋雨面積，m2。

p為 6 mm/min，S1為 103 m2，S2為 330 m2，由公式（3）計算得到總淋雨面積為433 m2，由公式（2）計算得到Q為2 598 L/min。根據(jù)GJB 150.8A-2009，噴嘴間隔71 cm，整個系統(tǒng)布置噴嘴數(shù)n為400個，由公式（1）計算得到每個噴嘴流量為6.5 L/min。噴嘴型號見表2，噴霧效果見圖5?？紤]到設(shè)計余量，選用φ3.2 mm孔徑噴嘴。

2.5 水壓

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規(guī)定噴嘴壓力276 kPa，其他標(biāo)準(zhǔn)中對噴嘴壓力未做具體要求，因此以276 kPa為壓力設(shè)計點，壓力范圍覆蓋0～600 kPa，水壓通過調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，進水主管路和各淋雨面分管路分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥并安裝壓力表。

圖4 淋雨室外形俯視圖

表2 噴嘴型號對照表

圖5 噴嘴噴霧效果圖

2.6 淋雨面

頂面和四周垂直面都設(shè)置淋雨噴嘴，噴嘴垂直于安裝面，淋雨面包含頂面和四周，噴嘴噴射角60 °。

經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計，淋雨裝置結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

3 淋雨參數(shù)驗證

分別在淋雨室A區(qū)和B區(qū)水平淋雨區(qū)域內(nèi)間隔1 m設(shè)置6個雨量取樣點，取樣點見圖7，開啟淋雨系統(tǒng)在額定參數(shù)下正常運行，在規(guī)定時間內(nèi)檢測到的淋雨強度見表3。

通過表3可以得出，淋雨室A區(qū)和B區(qū)的降雨強度在6.1～6.8 mm/min之間，符合設(shè)計預(yù)期。

圖6 淋雨裝置結(jié)構(gòu)圖

圖7 取樣點布置示意圖

4 實車淋雨應(yīng)用案例

某特種車輛在本淋雨裝置中進行淋雨試驗，如圖8。試驗參數(shù)為6 mm/min，淋雨面為頂面和四周側(cè)面，試驗時間1 h，考核車輛的防水性能。

試驗結(jié)束后，在車廂內(nèi)側(cè)墻角處出現(xiàn)明顯進水，如圖9所示。經(jīng)檢查導(dǎo)致進水的原因為該處廂體結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)漏縫，根據(jù)淋雨試驗結(jié)果，給予了整改方案。

表3 取樣點降雨強度（單位：mm/min）

圖8 某特種車輛淋雨試驗

圖9 車輛內(nèi)部漏水情況

5 結(jié)束語

本文以大型整車淋雨試驗為研究對象，設(shè)計一種適用于特種車輛的大面積淋雨系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備如下參數(shù)：①淋雨室具備A區(qū)和B區(qū)兩個區(qū)域，可用于具有特殊附屬設(shè)備的特種車輛淋雨試驗；②降雨強度設(shè)計點為6 mm/min，同時覆蓋0～9.33 mm/min范圍，滿足大部分標(biāo)準(zhǔn)要求；③噴嘴壓力設(shè)計點為276 kPa，同時水壓在0～600 kPa范圍內(nèi)可調(diào)；④噴嘴噴射角度60 °。

考慮到本淋雨裝置結(jié)構(gòu)過于龐大不利于安裝吹風(fēng)系統(tǒng)，本文在設(shè)計淋雨系統(tǒng)時，并未考慮風(fēng)速的因素，因此不滿足GJB 150.8A程序Ⅰ的要求。在模擬自然環(huán)境的淋雨工況中，關(guān)于風(fēng)速的影響，需要在后期的研究中作進一步探索。